【计算机组成原理】计算机简介

冷不防 2021-12-19 05:09 1040阅读 0赞

# 一 计算机基本概念 #

## 1、冯.诺依曼思想 ##

### 1.1 用二进制代码表示程序和数据 ###

无论程序和数据用字符，还是符号等等表示，最终都要表示为0和1的二进制代码。

### 1.2 计算机采用存储程序的工作方式 ###

对于使用者来说，先把程序编号，存入到计算机，计算机才能根据程序自动去执行处理。

### 1.3 计算机硬件由存储器、运算器、控制器、输入设备和输出设备组成 ###

## 2、信息的数字化表示 ##

### 2.1 在计算机中用数字代码（二进制代码）表示各种信息 ###

**1）用数字代码表示数据**

6 表示为0110，最左边的0表示该数字为一个正数，后面的110为数值的大小6；

\-7表示为1111，最左边的1表示该数字为一个负数，后面的111为数值的大小7；

**2）用户数字代码表示字符**

A表示为10000001

B表示为10000010

**3）用数字代码表示命里、状态**

启动  可以约定用00表示启动命里

停止  可以约定用01 表示停止命里

正在工作 可以约定用10表示“正在工作”状态

工作结束 可以约定用11表示“工作结束”状态

数字代码还可以表示图形，声音等等。

### 2.2 在物理机制上用数字信号（数字型电信号）表示数字代码 ###

数字型电信号分为电平信号和脉冲信号。

**1）用电平信号表示数字代码（二进制代码）**

电平信号分为高电平和低电平，而二进制由1、0组成，所以，可以用高低电平对应1、0在物理机制上进行表示。

**2）用脉冲信号表示数字代码（二进制代码）**

脉冲的特性就是有无脉冲，可以根据约定时刻有脉冲或无脉冲对二进制1、0进行表示。

计算机使用电平信号。

## 3、存储程序工作方式 ##

### 3.1 事先编制程序 ###

程序编写。

### 3.2 事先存储程序 ###

将程序转换为计算机能识别的0，1代码，比如编译程序等等。

### 3.3 自动、连续地执行程序 ###

程序自动、连续运行。

# 二 计算机系统硬件组成 #

# 1、主要功能部件 #

### 1.1 存储器 ###

**1）功能**

存储信息。

**2）组成（主存储器）**

存储器组成示意图。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3lobF9qeHk_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

**存储体：**存放信息的实体，以存储单元为单位，每一个存储单元有一个对应的地址码。

**寻址系统：**包括地址寄存器和地址译码器。地址寄存器存储地址，译码器对地址进行翻译，根据译码后地址

在存储体上选择存储单元。

**读/写线路和数据寄存器：**对存储单元进行读操作和写操作，暂存读/写数据。比如，要把数据写入到存储体，

需要先把数据送到数据寄存器，然后通过写线路，将数据写到存储体。如果要从存储体读数据，需要通过读线路

将数据送到数据寄存器。

**控制总线：**控制读写时序，控制读写操作。

### 1.2 运算器 ###

**1）功能**

加工信息。

**2）组成**

运算器示意图。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3lobF9qeHk_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

通用寄存器将要计算的数据送往选择器，由一对选择器选择两个数据送入算术逻辑部件，

处理完的数据通过移位器将计算结果送入外部，或者直接送回通用寄存器暂存。

**ALU（算术逻辑部件）：**通过加法器实现运算操作（由全加器求和、由进位链传递进位信号）。

**通用寄存器组：**由多个通用寄存器组成。主要用于提供操作数、存放运算结果。

**一对选择器：**从寄存器选择两个操作数。选择控制条件，实现各种算法。

**移位器：**直接或者移位送出运算结果。

### 1.3 输入/输出设备 ###

**1）功能**

转换信息。

**输入设备：**比如键盘，将原始信息转换为计算机识别的代码输入到主机。

**输出设备：**比如显示器，将处理结果（代码）转换为人所能接受的形式并输出。

### 1.4 控制器 ###

**1）功能**

产生控制命令（微命令），控制全机操作。

**2）组成**

控制器示意图。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3lobF9qeHk_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

控制器通过微命令控制计算机程序运转。微命令产生需要根据指令信息，状态信息和时序信息产生。

**指令信息：**告诉计算机要做什么；

**状态信息：**一条指令执行完后根据状态信息进行执行转移；

**时序信息：**决定在什么时间发什么命令；

指令信息和状态信息为产生微命令的逻辑条件，时序信息为产生微命令的时序条件。

这样产生的微命令在执行时就能知道自己在什么时间，什么情况下做什么事。

**微命令产生方式（指令执行控制方式）：**

1）组合逻辑控制方式

由组合逻辑电路产生微命令。

2）微程序控制方式

由微指令产生微命令。

# 2、硬件系统结构 #

普遍采用以总线为基础的系统结构。

### 2.1、总线 ###

能为多个部件分时共享的一组信息传送线路。总线示意图。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3lobF9qeHk_size_16_color_FFFFFF_t_70 3][]

各个部件都挂载在总线上，消息通过总线传递。部件传递消息需要分时发送，因为大家都往总线发送消息，

如果各个部件同时发送消息，信息可能会碰撞，可能会导致出错。

总线按功能分为内总线、局部总线、系统总线、外总线。

总线按信息分为地址总线、数据总线、控制总线。

总线按时序分为同步总线、异步总线。

总线按格式分为并行总线、串行总线。

总线按数据传输方向分为单向总线、双向总线。

# 三 计算机性能指标 #

## 1、基本字长 ##

操作数的基本位数。主要影响计算精度、指令功能。

## 2、存储容量 ##

### 2.1 主存容量 ###

指存储单元个数（决定地址位数） \* 位数（表明编址单位）。

### 2.2 外存容量 ###

外存容量用字节数表示，与地址码位数无关。比如硬盘500M，或 2T等等。

## 3、运算速度 ##

定点/浮点四则运算时间；

每秒平均执行的指令条数（MIPS）；

CPU时钟频率（MHz）；

## 4、处理功能 ##

### 4.1 指令系统功能 ###

寻址方式是否灵活，指令类型是否丰富。

### 4.2 系统软件配置 ###

操作系统等等是否强大。

# 参考文献 #

《计算机组成原理》

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3lobF9qeHk_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20211218/831a2d5629a6415299b4481c068e6935.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3lobF9qeHk_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20211218/e2fbb6a124d349778571ed939d1fbb83.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3lobF9qeHk_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: /images/20211218/6f43308d98034372934dfc85c3abdc6c.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3lobF9qeHk_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]: /images/20211218/b7b96c96b1a44e0d911aea4de6dd580a.png